JPH06102005A - トンネル電流検知マイクロデバイス - Google Patents
トンネル電流検知マイクロデバイスInfo
- Publication number
- JPH06102005A JPH06102005A JP4050559A JP5055992A JPH06102005A JP H06102005 A JPH06102005 A JP H06102005A JP 4050559 A JP4050559 A JP 4050559A JP 5055992 A JP5055992 A JP 5055992A JP H06102005 A JPH06102005 A JP H06102005A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tunnel current
- microdevice
- probe
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 櫛歯端面１、２の対向構造を有し、トンネル
電流を検知する微細探針３を一方の櫛歯端面保有部に配
設し、かつ、微細探針の対向面を集積してなることを特
徴とするトンネル電流検知マイクロデバイス。 【効果】 小型、微細化可能な、高感度、高精度なトン
ネル電流検知マイクロデバイスが実現される。加速度セ
ンサ、原子間力顕微鏡プローブ、マイクロ走査トンネル
顕微鏡への応用が可能となる。
電流を検知する微細探針３を一方の櫛歯端面保有部に配
設し、かつ、微細探針の対向面を集積してなることを特
徴とするトンネル電流検知マイクロデバイス。 【効果】 小型、微細化可能な、高感度、高精度なトン
ネル電流検知マイクロデバイスが実現される。加速度セ
ンサ、原子間力顕微鏡プローブ、マイクロ走査トンネル
顕微鏡への応用が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、トンネル電流検知マ
イクロデバイスに関するものである。さらに詳しくは、
この発明は、メカトロニクス、エレクトロニクス等の諸
分野における加速度センサーやマイクロ走査トンネル顕
微鏡等に有用な新しいマイクロデバイスに関するもので
ある。
イクロデバイスに関するものである。さらに詳しくは、
この発明は、メカトロニクス、エレクトロニクス等の諸
分野における加速度センサーやマイクロ走査トンネル顕
微鏡等に有用な新しいマイクロデバイスに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術とその課題】近年、エレクトロニクス、メ
ディカルエレクトロニクス等の諸分野において、マイク
ロマシンや精密計測装置およびその微細要素についての
研究が精力的に進められてきている。これらの開発にお
いては、変位や力を取出すためのアクチュエータをどの
ように構成するのかが重要な課題になっており、すでに
そのためのいくつかの提案がなされている。
ディカルエレクトロニクス等の諸分野において、マイク
ロマシンや精密計測装置およびその微細要素についての
研究が精力的に進められてきている。これらの開発にお
いては、変位や力を取出すためのアクチュエータをどの
ように構成するのかが重要な課題になっており、すでに
そのためのいくつかの提案がなされている。
【０００３】一方、このような微小変位を検知して、こ
れを超高精度の計測機器等のシステムに利用するため
に、トンネル電流の検知方法とその利用が注目されてい
る。原子的微小距離に接近させた２個の導体の間を流れ
るこのトンネル電流は、これらの導体間の距離（トンネ
ルギャップ）により、大きく変化を受ける。この原理を
利用して、走査トンネル顕微鏡が作られ、また走査トン
ネル顕微鏡は微小な変位の検出にも応用されている。
れを超高精度の計測機器等のシステムに利用するため
に、トンネル電流の検知方法とその利用が注目されてい
る。原子的微小距離に接近させた２個の導体の間を流れ
るこのトンネル電流は、これらの導体間の距離（トンネ
ルギャップ）により、大きく変化を受ける。この原理を
利用して、走査トンネル顕微鏡が作られ、また走査トン
ネル顕微鏡は微小な変位の検出にも応用されている。
【０００４】このような装置において、トンネルギャッ
プは非常に精度よく制御されなければならないが、その
ためには震動と装置の熱膨張への対処が重要な課題とな
る。これを解決する理想的な手段は、装置を極力小さく
作ることである。しかし、走査トンネル顕微鏡は、トン
ネル電流を検知する探針と試料表面の間の距離を、人間
の手で扱える距離から原子的微小距離にまで接近させる
ために、粗動機構を持っており、この機構の寸法（ｃｍ
程度以上必要）により、小型化が制限される。
プは非常に精度よく制御されなければならないが、その
ためには震動と装置の熱膨張への対処が重要な課題とな
る。これを解決する理想的な手段は、装置を極力小さく
作ることである。しかし、走査トンネル顕微鏡は、トン
ネル電流を検知する探針と試料表面の間の距離を、人間
の手で扱える距離から原子的微小距離にまで接近させる
ために、粗動機構を持っており、この機構の寸法（ｃｍ
程度以上必要）により、小型化が制限される。
【０００５】このため、従来の走査トンネル顕微鏡では
主として非常に厳重な除震と熱遮蔽を行うことで解決し
ようとしている。しかしながら、このような従来の方式
や機構によっては、より小型化や簡便化には制約がある
ため、この制約を超えるための新しい手段の実現が望ま
れていた。
主として非常に厳重な除震と熱遮蔽を行うことで解決し
ようとしている。しかしながら、このような従来の方式
や機構によっては、より小型化や簡便化には制約がある
ため、この制約を超えるための新しい手段の実現が望ま
れていた。
【０００６】この発明は、以上の通りの課題を解決する
ためになされたものであり、トンネル電流の検知システ
ムとしての特徴を生かし、構造の小型・微細化が可能
で、しかも高精度な変位の検出が可能である新しいマイ
クロデバイスを提供することを目的としている。
ためになされたものであり、トンネル電流の検知システ
ムとしての特徴を生かし、構造の小型・微細化が可能
で、しかも高精度な変位の検出が可能である新しいマイ
クロデバイスを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、櫛歯端面の対向構造を有し、ト
ンネル電流を検知する微細探針を一方の櫛歯端面保有部
に配設し、かつ、微細探針の対向面を集積してなること
を特徴とするトンネル電流検知マイクロデバイスを提供
する。
を解決するものとして、櫛歯端面の対向構造を有し、ト
ンネル電流を検知する微細探針を一方の櫛歯端面保有部
に配設し、かつ、微細探針の対向面を集積してなること
を特徴とするトンネル電流検知マイクロデバイスを提供
する。
【０００８】この発明のマイクロデバイスによって、微
細探針の対向面まで集積しているため、従来の粗動機構
が排除でき、非常に小型化でき、従来の走査トンネル顕
微鏡よりも遙かに簡単な除震装置および熱遮蔽で使用可
能となる。この発明のデバイスは微小な変位の検出器と
見なすことができ、変位を検出したい相手を対向面とし
て集積できる利点がある。このため、加速度センサ、原
子間力顕微鏡プローブ、さらにはマイクロ走査トンネル
顕微鏡をも可能とする。
細探針の対向面まで集積しているため、従来の粗動機構
が排除でき、非常に小型化でき、従来の走査トンネル顕
微鏡よりも遙かに簡単な除震装置および熱遮蔽で使用可
能となる。この発明のデバイスは微小な変位の検出器と
見なすことができ、変位を検出したい相手を対向面とし
て集積できる利点がある。このため、加速度センサ、原
子間力顕微鏡プローブ、さらにはマイクロ走査トンネル
顕微鏡をも可能とする。
【０００９】以下、添付した図面に沿って、この発明の
トンネル電流検知マイクロデバイスについて詳しく説明
する。
トンネル電流検知マイクロデバイスについて詳しく説明
する。
【００１０】
【実施例】添付した図面の図１は、この発明のマイクロ
デバイスの一例を示した模式図であり、図２は、その具
体的な構成例である。たとえばこの図１から明らかなよ
うに、この発明のトンネル電流検知マイクロデバイス
は、櫛歯端面（１）（２）の対向構造を有し、トンネル
電流を検知する微細探針（３）を、櫛歯端面（１）
（２）を有する平板部（１１）（１２）の一方の平板部
（１２）に配設している。
デバイスの一例を示した模式図であり、図２は、その具
体的な構成例である。たとえばこの図１から明らかなよ
うに、この発明のトンネル電流検知マイクロデバイス
は、櫛歯端面（１）（２）の対向構造を有し、トンネル
電流を検知する微細探針（３）を、櫛歯端面（１）
（２）を有する平板部（１１）（１２）の一方の平板部
（１２）に配設している。
【００１１】平板部（１２）は弾性支持されていて、図
の上下方向に動かすことができる。櫛歯端面（１）
（２）の間に駆動電圧を印加することにより、これらの
間に生じる静電引力で平板部および微細探針を図の上方
に動かし、トンネルギャップすなわち微細探針先端と対
向部（１３）の間の距離を調節することができる。トン
ネル電流の大きさはトンネルギャッの変化に敏感に反応
するので、トンネル電流の大きさを一定に制御すること
は、トンネルギャップを一定に制御することにもなる。
したがって、このデバイスにおいて上記の方法でトンネ
ルギャップを調節してトンネル電流一定の制御を行う
と、対向部の変位（図における上下方向）を駆動電圧の
変化から探知することができる。
の上下方向に動かすことができる。櫛歯端面（１）
（２）の間に駆動電圧を印加することにより、これらの
間に生じる静電引力で平板部および微細探針を図の上方
に動かし、トンネルギャップすなわち微細探針先端と対
向部（１３）の間の距離を調節することができる。トン
ネル電流の大きさはトンネルギャッの変化に敏感に反応
するので、トンネル電流の大きさを一定に制御すること
は、トンネルギャップを一定に制御することにもなる。
したがって、このデバイスにおいて上記の方法でトンネ
ルギャップを調節してトンネル電流一定の制御を行う
と、対向部の変位（図における上下方向）を駆動電圧の
変化から探知することができる。
【００１２】そして、この例として示したデバイスにつ
いては、たとえば図１のＡ−Ａ断面を示した図３のよう
に、シリコン基板（４）の上にたとえば２．５μｍ厚の
ＳｉＯ2 膜（５）を配設し、さらに４μｍ厚のポリシリ
コン（６）、さらにニッケル（７）の反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）に対するレジスト膜を配設した後に、
リソグラフィでデバイスの形を決定し、ＲＩＥによりポ
リシリコンを垂直にエッチングし、ＲＩＥレジストを除
去した後、ＨＦによるＳｉＯ2 膜（５）のエッチングを
行ない微細探針（３）部を形成することができる。この
ことは、櫛歯端面（１）（２）の対向構造を有するアク
チュエータの全体についての微細加工プロセスに連関し
てもいる。
いては、たとえば図１のＡ−Ａ断面を示した図３のよう
に、シリコン基板（４）の上にたとえば２．５μｍ厚の
ＳｉＯ2 膜（５）を配設し、さらに４μｍ厚のポリシリ
コン（６）、さらにニッケル（７）の反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）に対するレジスト膜を配設した後に、
リソグラフィでデバイスの形を決定し、ＲＩＥによりポ
リシリコンを垂直にエッチングし、ＲＩＥレジストを除
去した後、ＨＦによるＳｉＯ2 膜（５）のエッチングを
行ない微細探針（３）部を形成することができる。この
ことは、櫛歯端面（１）（２）の対向構造を有するアク
チュエータの全体についての微細加工プロセスに連関し
てもいる。
【００１３】もちろん、この発明は、その構成素材、構
造パターンにおいて上記の例に限定されるものではな
く、様々な態様が可能であることは言うまでもない。た
とえば図４は、厚子間力顕微鏡のプローブを対向面とし
て集積した例を示している。図５は、ディスプレイスメ
ントとトンネル電流の検知例を示したものである。理論
的に予測されるトンネル電流と変位との間の非線形な関
係が観測された。
造パターンにおいて上記の例に限定されるものではな
く、様々な態様が可能であることは言うまでもない。た
とえば図４は、厚子間力顕微鏡のプローブを対向面とし
て集積した例を示している。図５は、ディスプレイスメ
ントとトンネル電流の検知例を示したものである。理論
的に予測されるトンネル電流と変位との間の非線形な関
係が観測された。
【００１４】以上の例からも明らかなように、この発明
のデバイスは、トンネル電流を使って微小距離変化を検
知することができ、そのことを利用して原子間力の顕微
鏡、加速度センサ等に応用することができる。つまり、
原子間力顕微鏡の探針の取付けられたバネの変位や、加
速度計の重なりの変位を検出するのに利用できる。そし
て図４にも示したように、変位を検出する相手も同じ基
板上に集積できる利点がある。
のデバイスは、トンネル電流を使って微小距離変化を検
知することができ、そのことを利用して原子間力の顕微
鏡、加速度センサ等に応用することができる。つまり、
原子間力顕微鏡の探針の取付けられたバネの変位や、加
速度計の重なりの変位を検出するのに利用できる。そし
て図４にも示したように、変位を検出する相手も同じ基
板上に集積できる利点がある。
【００１５】また、原子間力顕微鏡型プローブでは、１
０ｐｍ程度の変位を検出する必要かあるが、従来は光を
利用して変位を検出していた。それには大きな光学系が
必要で、そのためプローブを走査すると光学系全体を走
査する必要があるため、実際には試料側を動かすように
なっており、走査トンネル顕微鏡よりもかなり複雑な装
置である。しかしながら、図４のような構造を使えば、
変位の検出機構ごと走査できるため、走査トンネル顕微
鏡程度の装置で原子間力間顕微鏡が実現できる。なお、
図４は原子間力顕微鏡の探針を基板外に露出させてな
い、試験的に製作した段階を示している。
０ｐｍ程度の変位を検出する必要かあるが、従来は光を
利用して変位を検出していた。それには大きな光学系が
必要で、そのためプローブを走査すると光学系全体を走
査する必要があるため、実際には試料側を動かすように
なっており、走査トンネル顕微鏡よりもかなり複雑な装
置である。しかしながら、図４のような構造を使えば、
変位の検出機構ごと走査できるため、走査トンネル顕微
鏡程度の装置で原子間力間顕微鏡が実現できる。なお、
図４は原子間力顕微鏡の探針を基板外に露出させてな
い、試験的に製作した段階を示している。
【００１６】そして、３次元走査機構に拡張すること
で、マイクロ走査トンネル顕微鏡への発展も可能であ
る。
で、マイクロ走査トンネル顕微鏡への発展も可能であ
る。
【００１７】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、小型、微細化可能な、高感度、高精度なトンネル
電流検知マイクロデバイスが実現される。
って、小型、微細化可能な、高感度、高精度なトンネル
電流検知マイクロデバイスが実現される。
【図１】この発明の一例を示した模式平面図である。
【図２】図１の具体例を示した写真図である。
【図３】探針部形成を示した断面図である。
【図４】原子間力顕微鏡のプローブを対向面として集積
した例を示した写真図である。
した例を示した写真図である。
【図５】トンネル電流の検知例を示したパターン図であ
る。
る。
１、２ 櫛歯端面 ３ 微細探針 １１、１２ 平板部 １３ 対向部 ４ シリコン基板 ５ ＳｉＯ2 膜 ６ ポリシリコン ７ ニッケル
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１０月２０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一例を示した模式平面図である。
【図２】図１の具体例としての基板上に形成された微細
なパターンを表した図面に代わる写真である。
なパターンを表した図面に代わる写真である。
【図３】探針部形成を示した断面図である。
【図４】原子間力顕微鏡のプローブを対向面として集積
した例としての基板上に形成された微細なパターンを表
した図面に代わる写真である。
した例としての基板上に形成された微細なパターンを表
した図面に代わる写真である。
【図５】トンネル電流の検知例を示したパターン図であ
る。
る。
【符号の説明】 １、２ 櫛歯端面 ３ 微細探針 １１、１２ 平板部 １３ 対向部 ４ シリコン基板 ５ ＳｉＯ2 膜 ６ ポリシリコン ７ ニッケル
Claims (1)
- 【請求項１】 櫛歯端面の対向構造を有し、トンネル電
流を検知する微細探針を一方の櫛歯端面保有部に配設
し、かつ、微細探針の対向面を集積してなることを特徴
とするトンネル電流検知マイクロデバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4050559A JP2986280B2 (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | トンネル電流検知マイクロデバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4050559A JP2986280B2 (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | トンネル電流検知マイクロデバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06102005A true JPH06102005A (ja) | 1994-04-12 |
| JP2986280B2 JP2986280B2 (ja) | 1999-12-06 |
Family
ID=12862369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4050559A Expired - Fee Related JP2986280B2 (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | トンネル電流検知マイクロデバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2986280B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008089502A (ja) * | 2006-10-04 | 2008-04-17 | Kagawa Univ | 自励発振駆動機構、センサおよびプローブ顕微鏡 |
| CN100383531C (zh) * | 2004-09-08 | 2008-04-23 | 北京大学 | 差分式抗高过载微型隧道加速度计及其制备方法 |
| JP2009085729A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Aoi Electronics Co Ltd | センサ素子および物理センサ装置 |
| CN107807255A (zh) * | 2017-10-19 | 2018-03-16 | 东南大学 | 一种基于微型液压放大的隧道磁阻式加速度计装置 |
-
1992
- 1992-03-09 JP JP4050559A patent/JP2986280B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100383531C (zh) * | 2004-09-08 | 2008-04-23 | 北京大学 | 差分式抗高过载微型隧道加速度计及其制备方法 |
| JP2008089502A (ja) * | 2006-10-04 | 2008-04-17 | Kagawa Univ | 自励発振駆動機構、センサおよびプローブ顕微鏡 |
| JP2009085729A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Aoi Electronics Co Ltd | センサ素子および物理センサ装置 |
| CN107807255A (zh) * | 2017-10-19 | 2018-03-16 | 东南大学 | 一种基于微型液压放大的隧道磁阻式加速度计装置 |
| CN107807255B (zh) * | 2017-10-19 | 2020-02-18 | 东南大学 | 一种基于微型液压放大的隧道磁阻式加速度计装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2986280B2 (ja) | 1999-12-06 |
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